CN114063147B - 适用于横波速度结构测定的微动布设装置及方法 - Google Patents

适用于横波速度结构测定的微动布设装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及地球物理检测技术领域，提供一种适用于横波速度结构测定的微动布设装置及适用于横波速度结构测定的方法。本发明提供的适用于横波速度结构测定的微动布设装置，包括：多个检波器，多个检波器沿探测面等间距线性排布；全站仪，全站仪用于测量首个检波器和末个检波器的位置坐标；数据终端，数据终端与每个检波器通讯连接；其中，检波器的数量大于20个。本发明提供的适用于横波速度结构测定的微动布设装置，通过将多个检波器呈线性排布，降低了数据采集的难度；提高了数据采集的效率。同时，可根据不同的噪声水平、地质条件选取不同的检波器采集数据进行组合，探测不同深度的目的层，解决了微动常规布设方式不能适应现场条件变化的问题。

Description

适用于横波速度结构测定的微动布设装置及方法
技术领域
本发明涉及地球物理检测技术领域，尤其涉及一种适用于横波速度结构测定的微动布设装置及适用于横波速度结构测定的方法。
背景技术
微动法是一种地球物理勘探方法，是近几年发展起来的一种新兴的勘探方法，常用于水利、交通、市政等行业的地质勘探，其原理是利用自然界存在的震动，通过专业的仪器设备采集震动信号，采用专业的数据软件处理得到地下地层的面波速度结构，从而为规划、设计和地质等专业提供数据支撑。
目前，微动法所采用的采集方式主要有以下几点不足：①微动布置一次一般需要7到10个检波点，不管是二维布置方式还是三维布置方式，这些检波点布置一次只能采集处理得到一个点的频散曲线，采集效率非常低；②微动布置一次使用的7到10个检波点，均需要采用全站仪或者其他测量设备对其坐标进行定位和测量，增加了现场数据采集的难度，同时，也影响了采集效率。
发明内容
本发明提供一种适用于横波速度结构测定的微动布设装置及适用于横波速度结构测定的方法，用以解决现有技术中微动布设装置采集效率低的缺陷。
本发明提供一种适用于横波速度结构测定的微动布设装置，包括：多个检波器，多个所述检波器沿探测面等间距线性排布；全站仪，所述全站仪用于测量首个检波器和末个检波器的位置坐标；数据终端，所述数据终端与每个所述检波器通讯连接；其中，所述检波器的数量大于20个。
根据本发明提供的一种适用于横波速度结构测定的微动布设装置，所述全站仪还用于测量多个所述检波器线性排布时，位于拐点位置处的检波器的位置坐标。
根据本发明提供的一种适用于横波速度结构测定的微动布设装置，多个所述检波器通讯连接。
根据本发明提供的一种适用于横波速度结构测定的微动布设装置，在一个采集周期内，多个所述检波器被划分为两部分，其中，第一部分内的多个所述检波器，共同得到一个成果点的频散曲线，第二部分内的每个所述检波器，分别得到一个成果点的频散曲线；其中，所述第一部分内的多个所述检波器的数量等于10个。
本发明还提供一种适用于横波速度结构测定的方法，包括：将多个检波器沿探测面等间距线性排布；测量首个检波器和末个检波器的位置坐标；获取每个所述检波器采集的振动数据，得到多个成果点的频散曲线。
根据本发明提供的一种适用于横波速度结构测定的方法，所述测量首个检波器和末个检波器的位置坐标的步骤还包括：当多个所述检波器线性排布存在拐点时，测量处于拐点位置的检波器的位置坐标。
根据本发明提供的一种适用于横波速度结构测定的方法，所述获取每个所述检波器采集的振动数据，得到多个成果点的频散曲线的步骤进一步包括：当所述探测面的深度小于20米时，每个所述检波器的采集时间为10-15分钟。
根据本发明提供的一种适用于横波速度结构测定的方法，所述获取每个所述检波器采集的振动数据，得到多个成果点的频散曲线的步骤还包括：当所述探测面的深度大于或等于20米时，每个所述检波器的采集时间为30-60分钟。
根据本发明提供的一种适用于横波速度结构测定的方法，所述获取每个所述检波器采集的振动数据，得到多个成果点的频散曲线的步骤还包括：在一个采集周期结束以后，将呈线性排布的多个检波器中，位于前部的若干个检波器挪动至末个检波器的后面，并等间距排布。
根据本发明提供的一种适用于横波速度结构测定的方法，所述获取每个所述检波器采集的振动数据，得到多个成果点的频散曲线的步骤还包括：将一个采集周期内采集到的振动数据进行组合，以获得不同的探测深度。
本发明提供的适用于横波速度结构测定的微动布设装置，通过将多个检波器呈线性排布，全站仪仅需测量首个检波器和末个检波器的位置坐标即可，节省了对中间各个检波器位置坐标的测量，降低了数据采集的难度；多个检波器呈线性排布，可在一个采集周期内，获得多个深度数据，提高了数据采集的效率。同时，本发明提供的适用于横波速度结构测定的微动布设装置，可根据不同的噪声水平、地质条件选取不同的检波器采集数据进行组合，探测不同深度的目的层，解决了微动常规布设方式不能适应现场条件变化的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的适用于横波速度结构测定的方法的流程图；
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
下面结合图1描述本发明的适用于横波速度结构测定的微动布设装置及适用于横波速度结构测定的方法。
在本发明的一个实施例中，适用于横波速度结构测定的微动布设装置包括：多个检波器、全站仪和数据终端。多个检波器沿探测面等间距线性排布，全站仪用于测量首个检波器和末个检波器的位置坐标，数据终端与每个检波器通讯连接，其中，检波器的数量大于20个。
具体来说，在现有技术中，多个检波器通常沿探测面呈三角形或圆形排布。当多个检波器沿探测面呈三角形排布时，所能探测到的最大深度为三角形的边长，而当多个检波器沿探测面呈圆形排布时，所能探测到的最大深度为圆形的直径尺寸。一次数据采集完毕后，若想要获得更多的深度数据，需要将三角形的边长增长，或者将圆形的直径变大，而这无疑导致了检波器探测效率低下。同时，在以上的两种排布方式中，需要使用全站仪对每个检波器的位置坐标进行测量和定位，增加了现场数据采集的难度，同时也影响了采集效率。
进一步地，在现有技术中，微动检波点台阵布设方式中，台阵的最大观测半径(最大观测半径是指所采用装置内最大检波点距离的一半，采用同心圆装置时为最外侧圆的半径，采用不规则装置时为最外侧三检波点成圆的半径)决定了能够探测到的最深的地层的深度，台阵的最小观测半径(最小观测半径是指所采用装置内最小检波点距离的一半，采用同心圆装置时为最内侧圆的半径，采用不规则装置时为最内侧三检波点成圆的半径)决定了能够探测到的最浅的地层的深度，另外在实际探测过程中，场地的噪声水平、地质条件等都会影响到探测的深度，如果采用固定的布设方式，能够探测到的深度区间也是固定在一个范围之内，不能适应场地的变化。
在本实施例中，多个检波器沿探测面等间距线性排布，其排布方式为一条直线，全站仪仅需要测量首个检波器和末个检波器的位置坐标，中间各个检波器的位置坐标可根据间隔排布的数值推算出来，降低了现场数据的采集难度，也简化了测量工序。进一步地，每个检波器用于检测自身当前所处位置的振动数据，相邻两个检波器所采集的振动数据的组合即为第二个检波器所处位置的探测面的深度。举例来说，如在本发明的一个实施例中，呈线性排布的检波器的数量为30个，则每个检波器采集自身当前的振动数据，首个检波器与第30个检波器采集的数据组合即为第30个检波器所处位置的探测面的深度。在本实施例中，多个检波器成线性排布，利用线性排布的长度获得探测面的深度，在检波器数量相同的条件下，线性排布的长度较之三角形排布或圆形排布，长度更长，其能获得的探测面的深度数据也更大。进一步地，可将不同位置的检波器检测的振动数据进行组合，从而得到更多的深度数据。
进一步地，每个检波器将采集到的振动数据发送至数据终端，用户可在数据终端对各采集数据进行组合，以得到更多的深度数据。当检波器与数据终端的距离较远，无法通讯时，距离较近的检波器可作为中继器，所有的检波器均具有中继功能，远端的检波器可通过无线自动搜索到近端的检波器的中继信号，最终与数据终端连接，在中继信号搜索过程中，能够自动匹配最佳的中继信号，从而保证远端检波器、中继检波器以及数据终端之间的无线信号强度最优，最终保证数据传输的速度满足数据采集的要求。
本发明实施例提供的适用于横波速度结构测定的微动布设装置，通过将多个检波器呈线性排布，全站仪仅需测量首个检波器和末个检波器的位置坐标即可，节省了对中间各个检波器位置坐标的测量，降低了数据采集的难度；多个检波器呈线性排布，可在一个采集周期内，获得多个深度数据，提高了数据采集的效率。同时，本发明实施例提供的适用于横波速度结构测定的微动布设装置，可根据不同的噪声水平、地质条件选取不同的检波器采集数据进行组合，探测不同深度的目的层，解决了微动常规布设方式不能适应现场条件变化的问题。
在本发明的一个实施例中，当多个检波器呈线性排布出现拐点时，全站仪还用于测量拐点位置的检波器的位置坐标。具体来说，如在线性排布时，因地理位置原因，无法实现直线排布，而需要按照曲线排布时，此时，需要将拐点处的检波器的位置坐标进行测量。
进一步地，在本发明的一个实施例中，检波器的数量可以为40-50个。
具体来说，检波器的数量设置的越多，其呈线性排布时的长度就越长，各测量数据组合后，可得到的深度数据也越多。进一步地，在实际探测过程中，通常探测长度较长，需要多次采集数据才能完成探测。当采用本发明实施例提供的适用于横波速度结构测定的微动布设装置时，可在一个采集周期结束后，将位于线性排布的前部的若干个检波器挪动至末个检波器的后面，并等间距排布，在此个采集周期结束后，继续将位于线性排布的前部的若干个检波器挪动至末个检波器的后面，并再次进行采集，如此迭代处理，直至将整个探测面探测完毕。
进一步地，在本发明的一个实施例中，多个检波器通讯连接。
具体来说，在本实施例中，可通过数据终端定义测线起点位置的检波器的位置坐标，数据终端定义完成后发送指令到测线起点检波器，测线起点检波器收到指令后发出10秒的蜂鸣声确认收到指令，起点检波器通过无线与测线上的其他检波器进行通讯，各检波器通过GPS获取自身位置的坐标信息发送至数据终端，以完成测线上各检波器位置坐标的获取。
在本发明的一个实施例中，在一个采集周期内，多个检波器被划分为两部分，其中，第一部分内的多个检波器，共同得到一个成果点的频散曲线，第二部分内的每个检波器，分别得到一个成果点的频散曲线，其中，第一部分内的多个检波器的数量等于10个。
具体来说，在本实施例中，在将多个检波器沿探测面呈线性排布时，前10个检波器得到一个成果点的频散曲线，而从第11个检波器开始，每个检波器可以得到一个成果点的频散曲线，假设在本实施例中，共设置有30个检波器，则可以得到21个成果点的频散曲线。
如图1所示，本发明实施例还提供了一种适用于横波速度结构测定的方法，具体包括以下步骤：
步骤101：将多个检波器沿探测面等间距线性排布；步骤102：测量首个检波器和末个检波器的位置坐标；步骤103：获取每个检波器采集的振动数据，得到多个成果点的频散曲线。
具体来说，首先，将多个检波器沿探测面等间距线性排布，然后采用全站仪测量首个检波器和末个检波器的位置坐标，将每个检波器与数据终端通讯连接，开始采集数据后，每个检波器将采集的振动数据发送至数据终端，用户在数据终端即可看到每个检波器检测到的原始数据，从而得到多个成果点的频散曲线。
进一步地，在本实施例中，前10个检波器可得到一个成果点的频散曲线，而从第11个检波器开始，每个检波器可以得到一个成果点的频散曲线。
进一步地，在数据采集过程中，用户可通过数据终端实时查看原始数据的质量，如果测试现场噪声能量较弱，可通过人工锤击方式产生振动增加噪声能量。
进一步地，在数据采集后，用户可将每个检波器检测到的数据进行组合，以得到更多的深度数据。
本发明实施例提供的适用于横波速度结构测定的方法，通过将多个检波器沿探测面等间距线性排布，只需测量首个检波器和末个检波器的位置坐标，无需测量中间点检波器的位置坐标，提高了现场工作的效率，解决了微动检波器布置和测量难度大的问题，同时，一次布置可以得到多个点的频散曲线，解决了微动数据采集效率低的问题。本发明实施例提供的适用于横波速度结构测定的方法，采用线性布设方式，可根据不同的噪声水平、地质条件选取不同的检波器采集数据进行组合，探测不同深度的目的层，解决了微动常规布设方式不能适应现场条件变化的问题。
进一步地，在本发明的一个实施例中，测量首个检波器和末个检波器的位置坐标的步骤还包括：当多个检波器线性排布存在拐点时，测量处于拐点位置的检波器的位置坐标。具体来说，如在线性排布时，因地理位置原因，无法实现直线排布，而需要按照曲线排布时，此时，需要将拐点处的检波器的位置坐标进行测量。
在本发明的一个实施例中，获取每个检波器采集的振动数据，得到多个成果点的频散曲线的步骤进一步包括：当探测面的深度小于20米时，每个检波器的采集时间为10-15分钟，也即一个采集周期的时间为10-15分钟。当探测面的深度大于或等于20米时，每个检波器的采集时间为30-60分钟，也即一个采集周期的时间为30-60分钟。
在本发明的一个实施例中，获取每个检波器采集的振动数据，得到多个成果点的频散曲线的步骤还包括：在一个采集周期结束以后，将呈线性排布的多个检波器中，位于前部的若干个检波器挪动至末个检波器的后面，并等间距排布。
具体来说，在实际探测过程中，通常探测长度较长，需要多次采集数据才能完成探测。在一个采集周期结束后，将位于前部的若干个检波器挪动至末个检波器的后面，并等间距排布，如在测试过程中，呈线性排布的检波器共有40个，在一个采集周期结束后，可将第1个至第11个检波器挪动至第40个检波器的后面，进行下一采集周期的检测。进一步地，可以理解的是：在本发明的实施例中，前面10个检波器可以得到一个成果点的频散曲线，故在每次挪动时，整体挪动的检波器的数量应大于或等于10个。
进一步地，在第二个采集周期结束后，可继续将位于前部的若干个检波器整体挪动至末个检波器的后面，并等间距排布，多次重复，直至将探测面探测完毕。
本发明实施例提供的适用于横波速度结构测定的方法，在每个采集周期结束以后，将呈线性排布的多个检波器中，位于前部的若干个检波器挪动至末个检波器的后面，并等间距排布，较之将多个检波器重新排布为三角形或圆形，缩短了排布时间，提高了采集效率。
在本发明的一个实施例中，获取每个检波器采集的振动数据，得到多个成果点的频散曲线的步骤还包括：将一个采集周期内采集到的振动数据进行组合，以获得不同的探测深度。
具体来说，如将第一个检波器和末个检波器采集到的数据进行组合，可得到在本次采集周期内的最大探测深度，将第一个检波器和第二检波器采集到的数据进行组合，可得到在本次采集周期内的最小探测深度，可以理解的是：各数据还可以进行多种组合，以获得不同的探测深度。
本发明实施例提供的适用于横波速度结构测定的方法，通过将第一个采集周期内采集到的振动数据进行组合，可获得不同的探测深度数据，较之常规的微动探测方法，得到的数据量更大，提高了采集的效率。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种适用于横波速度结构测定的微动布设装置，其特征在于，包括：
多个检波器，多个所述检波器沿探测面等间距线性排布；
全站仪，所述全站仪用于测量首个检波器和末个检波器的位置坐标，中间各个所述检波器的位置坐标根据间隔排布的数值推算出来；
数据终端，所述数据终端与每个所述检波器通讯连接；
其中，所述检波器的数量大于20个；
所述数据终端用于获取所述检波器所采集的振动数据，并对各振动数据进行组合；
多个所述检波器通讯连接，多个所述检波器均具有中继功能，所述数据终端能够定义测线起点位置的所述检波器的位置坐标，数据终端定义完成后发送指令到测线起点位置的所述检波器，测线起点位置的所述检波器收到指令后发出10秒的蜂鸣声确认收到指令，起点位置的所述检波器通过无线与测线上的其他所述检波器进行通讯，各所述检波器通过GPS获取自身位置的坐标信息发送至数据终端，以完成测线上各所述检波器位置坐标的获取；
在一个采集周期内，多个所述检波器被划分为两部分，其中，第一部分内的多个所述检波器，共同得到一个成果点的频散曲线，第二部分内的每个所述检波器，分别得到一个成果点的频散曲线；
其中，所述第一部分内的多个所述检波器的数量等于10个。
2.根据权利要求1所述的适用于横波速度结构测定的微动布设装置，其特征在于，所述全站仪还用于测量多个所述检波器线性排布时，位于拐点位置处的检波器的位置坐标。
3.一种适用于横波速度结构测定的方法，基于如权利要求1或2所述的适用于横波速度结构测定的微动布设装置，其特征在于，包括：
将多个所述检波器沿探测面等间距线性排布；
测量首个所述检波器和末个所述检波器的位置坐标；
获取每个所述检波器采集的振动数据，得到多个成果点的频散曲线；
所述获取每个所述检波器采集的振动数据，得到多个成果点的频散曲线的步骤还包括：
将每个所述检波器采集到的数据进行组合，以得到更多的深度数据。
4.根据权利要求3所述的适用于横波速度结构测定的方法，其特征在于，所述测量首个所述检波器和末个所述检波器的位置坐标的步骤还包括：
当多个所述检波器线性排布存在拐点时，测量处于拐点位置的检波器的位置坐标。
5.根据权利要求3所述的适用于横波速度结构测定的方法，其特征在于，所述获取每个所述检波器采集的振动数据，得到多个成果点的频散曲线的步骤进一步包括：
当所述探测面的深度小于20米时，每个所述检波器的采集时间为10-15分钟。
6.根据权利要求5所述的适用于横波速度结构测定的方法，其特征在于，所述获取每个所述检波器采集的振动数据，得到多个成果点的频散曲线的步骤还包括：
当所述探测面的深度大于或等于20米时，每个所述检波器的采集时间为30-60分钟。
7.根据权利要求3所述的适用于横波速度结构测定的方法，其特征在于，所述获取每个所述检波器采集的振动数据，得到多个成果点的频散曲线的步骤还包括：
在一个采集周期结束以后，将呈线性排布的多个检波器中，位于前部的若干个所述检波器挪动至末个所述检波器的后面，并等间距排布。
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